El catabolismo es la fase degradativa del metabolismo, en la cual se obtiene energía. En las vías catabólicas, las moléculas orgánicas iniciales son transformadas sucesivamente en otras más sencillas, hasta convertirse en los productos finales del catabolismo, muchos de ellos son los denominados productos de excreción. La energía liberada en el catabolismo es almacenada en los enlaces ricos en energía del ATP y es utilizada para las distintas actividades celulares o para sintetizar compuestos orgánicos complejos en los que se almacena la energía sobrante.
Liberación de Energía
Si una molécula grande se escinde en varias moléculas pequeñas por ruptura de algunos enlaces internos, la energía contenida en ellos se libera. En las vías catabólicas se pasa de una sustancia inicial a otras que tienen menor energía libre. En las reacciones, la energía liberada se debe a los electrones que forman los enlaces de las moléculas iniciales, que pierden energía libre al pasar a formar los enlaces de las moléculas finales.
Las reacciones catabólicas son reacciones de transferencia de electrones, es decir, reacciones redox. La sustancia que se oxida es aquella que pierde electrones; aquella que los acepta, y por tanto se reduce.
Catabolismo Respiratorio de los Glúcidos
En la degradación total por respiración de la glucosa se distinguen dos procesos: la glucólisis y la respiración, que a su vez tiene dos fases: el ciclo de Krebs y el transporte de electrones en la cadena respiratoria. En procariotas (citosol) y cadena de electrones (membrana plasmática). En eucariotas, glucólisis (citosol) y respiración (mitocondrias): primera etapa en la matriz mitocondrial y la segunda en la membrana de las crestas mitocondriales.
Glucólisis
En la glucólisis, la glucosa se escinde en dos moléculas de ácido pirúvico y la energía liberada se utiliza para sintetizar dos moléculas de ATP. Esta síntesis se realiza mediante una fosforilación a nivel de sustrato, es decir, una molécula de sustrato que contiene un grupo fosfato se lo cede a un ADP y así forma ATP. Esta transcurre en nueve etapas. Se pueden distinguir dos fases según se consuma o se produzca energía:
- Primera fase: en ella, por cada glucosa se consumen dos ATP y se forman dos gliceraldehídos-3-fosfato.
- Segunda fase: en ella, por cada gliceraldehído-3-fosfato se forman dos ATP y se genera un ácido pirúvico; por lo tanto, por cada glucosa se forman cuatro ATP y dos ácidos pirúvicos.
Ciclo de Krebs
En la célula eucariota, el ácido pirúvico obtenido en la glucólisis entra por transporte activo en la mitocondria, donde un conjunto de enzimas denominado sistema piruvato deshidrogenasa lo transforma en Acetil-CoA. Se pierde un grupo carboxilo que sale en forma de CO2 y dos H que son aceptados por un NAD. El grupo acetilo resultante se une a una coenzima A formando un acetil-CoA.
Transporte de Electrones
La cadena transportadora de electrones o cadena respiratoria está constituida por una serie de moléculas, básicamente proteicas, englobadas de forma ordenada en la membrana interna de las mitocondrias de las células eucariotas. También se encuentran en la membrana plasmática de las células procariotas. Cada una de estas moléculas acepta electrones de la molécula anterior (se reduce) y luego los transfiere a la molécula siguiente (se oxida). Esto es posible porque los electrones siempre pasan a ocupar en la siguiente posición más próxima al núcleo, es decir, de menor energía.
Quimiosmosis
La energía perdida por los electrones se utiliza para bombear protones al exterior. Allí se acumulan y, cuando su concentración es elevada, los protones vuelven a la matriz mitocondrial a través de unos canales llamados ATP-sintetasa.
Fosforilación Oxidativa
Están constituidas por cuatro partes, cada una de ellas formada por varias subunidades polipeptídicas. Las partes se mueven entre sí, como si fueran las piezas de un molino hidráulico, cuando los protones fluyen por el canal interior. Esto provoca cambios en tres lugares que producen la unión de un ADP y un grupo fosfato, generando así un ATP.
Fermentación
La fermentación es un proceso catabólico en el que, a diferencia de la respiración, no interviene la cadena respiratoria. Este proceso presenta las siguientes características:
- Es un proceso anaeróbico.
- El aceptor final es un compuesto orgánico.
- La síntesis de ATP ocurre a nivel de sustrato.
Una glucosa, al degradarse mediante respiración, produce 38 ATP, mientras que por fermentación solo produce dos ATP. Generalmente, ocurre en ciertos microorganismos. Se distinguen varios tipos: alcohólica, láctica, butírica y putrefacción. Se distinguen dos tipos de organismos según el proceso catabólico que se realice:
- Anaerobio facultativo: organismos que en presencia de oxígeno realizan la respiración y en ausencia, la fermentación.
- Anaerobio estricto: siempre realizan la fermentación.
Fermentación Alcohólica
Transformación de ácido pirúvico en etanol y dióxido de carbono. Determinadas levaduras catabolizan mediante la respiración un líquido rico en azúcares, pero si agotan el oxígeno disponible, continúan el catabolismo mediante fermentación.
Fermentación Láctica
Se forma ácido láctico a partir de la degradación de la glucosa. Generalmente, este proceso ocurre si determinados microorganismos inician la fermentación de la lactosa de la leche, lo que produce su agriamiento y la coagulación de la proteína caseína. Después, el ácido láctico es transportado de forma gradual hasta las células hepáticas donde, en condiciones aerobicas, se reconvierte en ácido pirúvico.